Publicação: Métodos para segmentação nuclear e avaliação da expressão gênica em imagens sagitais de embriões de Drosophila melanogaster
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CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO
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Orientador
Coorientador
Lopes, Francisco José Pereira
Resumo
Nos últimos anos, as técnicas de processamento digital de imagens têm sido largamente
utilizadas em conjunto com outras áreas da ciência, incluindo a biologia. Estas
técnicas geralmente visam otimizar o tempo, aumentar a precisão e eliminar a subjetividade
do processo da simples análise visual. Esse crescimento motivou-se, principalmente,
por avanços importantes na Biologia Computacional e pelo aumento considerável dos bancos
de imagens biológicas. O presente trabalho propõe métodos para segmentação nuclear
e avaliação da expressão gênica em imagens da Drosophila melanogaster. O método de
segmentação proposto aborda diferentes técnicas de processamento digital de imagens,
e consiste em realizar a segmentação automática dos núcleos celulares contidos em imagens
sagitais de embriões desse modelo biológico. O método baseia-se na estimativa de
curvatura do contorno dos objetos, e consiste em separar núcleos agregados por meio de
segmentos traçados entre pontos côncavos correspondentes. A abordagem apresentada é
nova para esse cenário, e contribui para a solução do problema de componentes agregados,
característica recorrente em aplicações voltadas à segmentação de núcleos. Os métodos
de avaliação incluem abordagens para quanticação e visualização da intensidade média
de proteína e RNA nas regiões intranuclear e citoplasmática dos embriões de Drosophila.
O método de quanticação, em especíco, possibilita obter o perl de expressão gênica
assumido ao longo do eixo anterior-posterior dos embriões de Drosophila. Por outro lado,
o método de visualização inclui uma nova abordagem para exibição das imagens sagitais,
capaz de organizar os núcleos celulares em uma conguração linear. O uso ecientes dos
métodos de avaliação auxilia a interpretação dos dados obtidos. Em geral, os métodos
para segmentação nuclear e avaliação da expressão gênica representam um passo essencial
para a realização de diversas análises biológicas sobre a Drosophila melanogaster.
Experimentos foram realizados a m de ilustrar o desempenho da segmentação, quando
comparado com outras abordagens comumente encontradas na literatura. Os resultados
obtidos demonstraram que o método proposto é ecaz a nível qualitativo e quantitativo.
O método pode ainda ser utilizado em diferentes aplicações e áreas, tais que envolvam
congurações similares.
Abstract
In recent years, the techniques of digital image processing have been widely used in
conjunction with other areas of science, including biology. These techniques generally
aim to optimize time, increase accuracy and eliminate the subjectivity of the process of
simple visual analysis. This increase was motivated mainly by important advances in
Computational Biology and the considerable increase of databases of biological image. In
this work it is presented a computational method that uses dierent techniques of image
processing. The main objective is to achieve the segmentation of cell nuclei contained
in sagittal images of Drosophila melanogaster embryos. This task represents an essential
step for performing several analyzes about this biological model. The proposed method
is based on the estimation of curvature of the object contour, and consists in separating
clusters of nuclei through segments drawn between corresponding concave points. This
approach is new for this scenario, and contributes to the solution of the problem of
aggregated components, recurrent feature in applications related to the segmentation of
nuclei. Evaluation methods include approaches to quantify and visualize the average
intensity of protein and RNA in intranuclear and cytoplasmic regions of the embryo
Drosophila. The quantication method, in particular, allows to obtain the gene expression
prole taken along the anterior-posterior axis of the embryo Drosophila. On the other
hand, the visualization method includes a new approach for the exhibition of sagittal
images, in which the cell nuclei are arranged in a linear conguration. The ecient
use of evaluation methods helps the interpretation of the data. In general, methods
for nuclear segmentation and evaluation of gene expression represents an essential step
for performing various analyzes biological on the Drosophila melanogaster. Experiments
were performed to illustrate the performance of the segmentation, when compared to
other approaches found in the literature. The results showed that the proposed method
is eective qualitatively and quantitatively level. The method can also be used in various
applications and elds, such that involve similar congurations.
Palavras-chave
Processamento digital de imagens, Segmentação de imagens, Curvatura, Núcleos celulares, Drosophila melanogaster, Digital image processing, Image segmentation, Curvature, Cell nuclei, Processamento de imagens - Técnicas digitais
Citação
SOUSA, Daniela Justiniano de. Métodos para segmentação nuclear e avaliação da expressão gênica em imagens sagitais de embriões de Drosophila melanogaster. 2013. 180 f. Dissertação (Mestrado em Ciências Exatas e da Terra) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2013.